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Elon Musk:Starship 將用「流汗」的方式來抵抗重返大氣的高溫

為 Starship 愈來愈長的技術創新列表再添一筆。

Andy Yang
2019 年 1 月 23 日, 傍晚 07:42
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在一篇美國雜誌 Popular Mechanics 的專訪中,Elon Musk 進一步闡述了將 Starship 改成不鏽鋼外皮的原因,並且對其詳細的運作方式進行瞭解釋。除了我們已經知道的不鏽鋼優勢 -- 強度、加工難易性、單價等 -- 之外,Musk 還進一步說明了 Starship 的一個獨有的特色:利用「流汗」的方式來降低回返大氣層時的表面溫度。

先說回不鏽鋼。據 Musk 的說法,原先 Starship 準備採用的碳纖復合材質取決於部位,需由 60 到 120 層的碳纖材料,利用高強度樹脂黏合在一起。而且做出來的碳纖板還要經過裁切來符合需要,光這個部份就要浪費 35% 左右的材料。這使得原本單價就高昂的碳纖顯得更昂貴,大約每公斤要價近 200 美元,相對來說,不鏽鋼每公斤只需約 3 美元。當然,碳纖的優勢是輕,理論上不需要用那麼多的材料就能達到足夠的強度,問題是黏合的樹脂大約攝氏 150 度左右就會開始融化,失去黏著力,因此以碳纖打造的船身必需要加上厚重的隔熱機制來保護,最後的總重和自身就可以加熱到 900 攝氏度也不會弱化的不鏽鋼相比,就不再有優勢了。

在這之上,Starship 還有進一步的機制來保護自己。在回返時「背風」面 Musk 表示不須要額外的保護,光靠不鏽鋼層的保護就可以;而在「迎風」面不鏽鋼板將會做成雙層的,並在中間留下縫隙。飛船所攜帶的甲烷燃料將會被灌進這個縫隙之中,從機身表面吸收大量的熱能,再由外側鋼板上無數的小孔中排出。整個運作原理其實和流汗相當類似,只是無論能量還是規模都大得太多了。

想來不少人的第一個疑問就是:這樣甲烷不會燒起來,讓它更熱嗎?事實上,在這麼高的能量下,倒出去的甲烷差不多會立即被轉變成等離子態,要溫度下降到可以進行化學反應的程度,已經是不知道飛船之後幾公里的事了。再者,穿過大氣的速度是如此之快,傳統燃燒作用發生的速度根本追不上 -- 這可以想像成是和風吹蠟燭一樣的意思,只是這裡的風有十數倍音速罷了。

不過比較讓人擔心的是,Starship 上面現在「首創」的東西愈來愈多,無論是燃料類型(甲烷)、高效率的引擎燃料管道、變動式的引擎噴嘴、不鏽鋼的機身、乃至於今天的「排汗」式主動降溫,任何一個恐怕稍微保守一點的公司都要驗證、再驗證才敢投入實用,而 SpaceX 這邊則是幾個月,甚至幾個禮拜就丟一個新東西出來。如果一切順利的話,Starship 領先現有火箭的幅度將大到難以想像,但要一切順利還真是個不小的賭注啊。